La Terra

Lo studio del nostro pianeta
La geologia studia la componente non vivente del pianeta e ha assunto un ruolo e un significato sempre più specialistici. Questa specificità è dovuta essenzialmente allo sviluppo delle conoscenze che ha portato alla specializzazione delle varie discipline scientifiche in essa presenti, le quali hanno assunto progressivamente una propria autonomia. Attualmente, per identificare il gruppo di discipline che hanno come oggetto di studio il sistema Terra nella sua completezza e complessità, di usa il termine scienze della Terra o geoscienze.
La Terra è "unica"
La Terra si formò circa 4,6 miliardi di anni fa. La Terra è circondata da un'atmosfera gassosa costituita principalmente da azoto, ossigeno, argon e vapore acqueo. Nessun altro pianeta ha un'atmosfera simile. Soprattutto l'acqua rende la Terra diversa dagli altri pianeti (del sistema solare).
La Terra è in larga parte coperta da un sottile e irregolare strato di materiali incoerenti, sciolti (ciottoli, sabbie, fanghi), formatisi a causa della degradazione atmosferica; si tratta del prodotto dell'alterazione chimica e della degradazione meccanica della rocce provocate dalla loro esposizione all'atmosfera, all'idrosfera e all'azione degli organismi. Questo rivestimento è detto regolite.
Anche gli altri pianeti e i vari corpi planetari e i vari corpi planetari aventi superfici rocciose hanno una regolite, ma di tutt'altra origine: in essi si è formato fondamentalmente a causa di innumerevoli impatti meteoritici. Il regolite terrestre è formato da complesse interazioni di processi fisici, chimici e biologici, normalmente con l'intervento dell'acqua. Per ora non conosciamo nessun altro pianeta dove la temperatura permetta all'acqua di esistere sulla superficie allo stato solido, liquido e rarefatto.
La scienza della Terra e il tempo geologico
Molti fenomeni naturali diventano comprensibili solo se si tiene conto del fattore tempo. Per molti altri eventi l'ordine di grandezza temporale coinvolto è molte volte superiore al tempo della vita dell'uomo. Una catena montuosa si innalza in milioni di anni. L'erosione di una valle fluviale, il sorgere delle catene montuose, o la nascita dei bacini oceanici, non sono il risultato di eventi catastrofici, ma di movimenti lentissimi e impercettibili. Basti pensare che lo spostamento di 1 mm all'anno implica uno spostamento di 1 km in un milione di anni. Certamente esistono anche eventi geologici improvvisi e catastrofici, di brevissima durata geologica. Come ad esempio terremoti, eruzioni vulcaniche, tsunami o l'impatto di meteoriti, ma questi non cambiano l'assetto della superficie terrestre.
Il tempo è misurato da eventi e i geologi hanno stabilito di dividere il tempo geologico in eoni, ere, periodi, epoche, età. Si tratta di unità cronologiche di diverso rango che assieme costituiscono la scala dei tempi geologici o geocronologica. La geocronologia è la disciplina che si occupa della misura del tempo geologico per quanto riguarda sia un intervallo di tempo, sua la datazione di un evento o l'età di una roccia.
La Terra primordiale
Circa 4,6 miliardi di anni fa, una massa rotante di polveri e gas, presente nello spazio interstellare della nostra galassia, iniziò a contrarsi e a raffreddarsi. La porzione centrale originò il Protosole, mentre frammenti e anelli di polvere e gas, agglomeratisi tra loro, portarono alla formazione di pianeti, tra i quali la Terra.
Le rocce più antiche della Terra hanno 3,8-4.2 miliardi di anni e sono state ritrovate in diverse zone, quali la Groenlandia, il Labrador, lo Zimbabwe e il Minnesota.
La Terra si formò per agglomerazioni di vari oggetti che colpivano la superficie. Oggi gli scienziati sono d'accordo nel ritenere che la Luna si sia formata da un impatto gigantesco. Secondo questa ipotesi la Terra sarebbe stata colpita da un corpo un po' più grande di Marte, la cui parte più esterna fu sbalzata nello spazio e cominciò a orbitare attorno alla Terra, diventando la Luna, mentre il nucleo si conficcava nel corpo terrestre.
Una pioggia ininterrotta di meteoriti continuò a colpire i vari corpi celesti fino a 3800 milioni di anni fa, distruggendo qualsiasi traccia di crosta primitiva sulla Terra e producendo le ben conosciute superfici disomogenee della Luna, di Mercurio, di Marte, fino ai satelliti più lontani di Urano.
I planetesimi sono oggetti rocciosi primordiali che incrociavano l'orbita terrestre e da cui si sarebbero formati i pianeti del sistema solare secondo l'ipotesi planetesimale.
La Terra, che a causa dei numerosissimi impatti si andava via via ingrossando, cominciò subito a surriscaldarsi a causa di tre differenti fenomeni.
_ A ogni impatto dei planetesimi sulla superficie terrestre, la loro energia cinetica si trasformava in energia termica; questa in parte veniva dissipata nello spazio, ma in parte veniva trattenuta.
_L'aumento della pressione a cui erano soggette le parti interne del pianeta, a causa dell'enorme peso dei materiali che si andavano via via accumulando nelle parti esterne, provocava un considerevole incremento di calore.
_La radioattività di elementi quali uranio, torio, ecc., la cui abbondanza era circa di 15 volte maggiore rispetto a oggi, faceva sì che le particelle atomiche emesse da tali elementi venissero assorbite dai materiali circostanti e la loro energia cinetica trasformate in calore.
In conclusione, accrescimento per impatti, compressione gravitativa e disintegrazione di elementi radioattivi sono i tre processi che avrebbero prodotto l'iniziale surriscaldamento interno della Terra.
La catastrofe del ferro
Dopo un periodo stimato tra 300 milioni di anni e un miliardo di anni dalla agglomerazione iniziale della Terra sarebbe stata raggiunta la temperatura di fusione del ferro, a una profondità  di 400-800 km.
Una volta iniziata la fusione, il ferro, a causa della sua elevata densità, cominciò a sprofondare verso il centro della Terra sotto forma di grandi "gocce", spostando i materiali più leggeri che vi si trovavano. E' questa la "catastrofe del ferro".
Si liberarono altre enormi quantità di energia gravitazionale che a loro volta si convertirono in calore.
Circa 4 miliardi di anni fa, cominciò a fondere il ferro, la Terra subì quindi una profonda riorganizzazione interna che la trasformò da corpo omogeneo in corpo stratificato.
Mentre 1/3 della primordiale massa della Terra di addensava al centro a costituire un nucleo a base di ferro, i materiali più leggeri migravano verso l'esterno, raffreddandosi e formando la crosta primitiva. La parte restante, situata tra il nucleo e la crosta primitiva. La parte restante, situata tra il nucleo e la crosta e avente caratteri fisico-chimici intermedi, è denominata mantello.
Zonazione chimica della Terra
Circa il 90% della Terra è costituito da quattro elementi: ferro, ossigeno, silicio e magnesio. Il ferro si condensò al centro, quindi sulla crosta è meno presente. Al contrario silicio, alluminio, potassio e sodio si spostarono verso l'esterno. La differenziazione gravitativa dei vari elementi non fu governata dal loro peso specifico. La maggior parte di essi si formò infatti dei composti minerali, e furono  le proprietà fisiche e chimiche di questi composti a determinare la loro distribuzione.
I feldspati, i minerali più comuni nella crosta terrestre una volta fusi sono relativamente leggeri. Minerali di questo tipo, fondendo prima degli altri, poterono accumularsi nella crosta. Nel mantello vennero immagazzinati i silicati di ferro e magnesio (olivina e pirosseni). Nel nucleo finirono elementi pesanti come oro e platino. Altri elementi pure pesanti (come uranio e torio), i quali hanno però forte tendenza a formare ossidi e silicati, che sono leggeri, si accumulano invece in una quantità rilevante nella crosta.
Una conseguenza molto importante della zonazione chimica della Terra è che, essendosi concentrati nel guscio esterno i più importanti minerali radioattivi, l'aumento della temperatura interna diminuì considerevolmente poiché il calore radioattivo poteva essere facilmente dissipato nell'atmosfera (per convenzione).
Atmosfera, idrosfera e crosta primitive
Le grandi collisioni verificatesi verso la fine dell'aggregazione rimossero certamente qualsiasi traccia di un'eventuale atmosfera primordiale.
Quando i materiali costituenti il nostro pianeta fusero parzialmente, il vapore acqueo e i composti volatili si separarono dal fuso e migrarono verso l'esterno.
Principalmente idrogeno, vapore acqueo, azoto e diossido di carbonio. L’idrogeno, molto leggero, sfuggì nello spazio, mentre i gas più pesanti avvolsero la Terra, andando a formare l’atmosfera primordiale. Quando la temperatura superficiale scese sotto il punto critico dell’acqua, il vapore acqueo iniziò a condensare e a riempire le parti depresse della superficie terrestre. Si formarono i primi oceani e si formò l’idrosfera primordiale. Non sono state trovate rocce più vecchie di 3 800-4 200 milioni di anni fa; pare che una larga parte si sia formata mediante ripetute emissioni di lava, a cui seguivano rifusioni parziali della rocce appena consolidate. Così iniziava il processo di degradazione della primordiale superficie terrestre a opera degli agenti atmosferici e si formava il primitivo regolite. E i primi sedimenti, permeati da gas vulcanici, riassorbiti e riciclati all'interno della Terra a opera di processi vulcanici e spinte interne, contribuivano alla formazione dei primi nuclei dei blocchi continentali.
Il sistema Terra e le sue "sfere"

Nessun commento:

Posta un commento